The ability of soft, coarse-grained models to describe the narrow interface of a nearly incompressible polymer melt in contact with a solid is explored by numerical self-consistent field calculations and Monte-Carlo simulations. We investigate the effect of the discreteness of the bead-spring architecture by quantitatively comparing the results of a bead-spring model with different number of beads, N, but identical end-to-end distance, R(e), and a continuous Gaussian-thread model. If the width, ξ, of the narrow polymer-solid contact is smaller or comparable to the length of a statistical segment, b=R(e)/√N-1, strong differences in the interface tension and the density profiles between the two models are observed, and strategies for compensating the discrete nature of the bead-spring model are investigated. Compensating the discretization of the chain contour in the bead-spring model by applying an external segment-solid potential, we simultaneously adjust the interface tension and the density profile to the predictions of the Gaussian-thread model. We suggest that the geometry of the polymer-solid contact and the interface tension are relevant characteristics that a coarse-grained model of polymer-solid contacts must reproduce in order to establish a quantitative relationship to an experimental system.

The equilibrium structure and ordering kinetics of random AB block copolymers is investigated using a Lennard-Jones bead−spring model and a soft, coarse-grained model. Upon increasing the incompatibility a disordered microemulsion-like structure is formed, whose length scale slightly increases with segregation. The structure factor of composition fluctuations, molecular conformations, single-chain dynamics and collective ordering kinetics are investigated as a function of the segregation between A and B blocks. The harsh repulsion of the Lennard-Jones potential gives rise to pronounced fluid-like packing effects that affect the liquid structure on the length scale of the bead size and, upon cooling and increase of the local density, result in an additional slowing down of the dynamics. The soft, coarse-grained model does not exhibit pronounced packing effects and the softness of the potential allows for a faster equilibration in computer simulation. The structure and dynamics of the two different models are quantitatively compared. The parameters of the soft, coarse-grained model are adjusted as to match the long-range structure of the bead−spring model, and it is demonstrated that the soft, coarse grained model can be utilized to generate starting configurations for the Lennard-Jones bead−spring model.

The possible in-medium changes of the properties of an omega meson placed in cold nuclear matter are constrained by QCD sum rules. It is shown that the sum rules cannot fully determine the in-medium spectral shape of the omega meson. However, for a given parameterization the sum rules can constrain or correlate the hadronic parameters. It is shown that weighted finite energy sum rules provide a proper framework to study directly these constraints/correlations. Two typical parameterizations of possible in-medium omega spectra are analyzed, namely (i) a one-peak structure with arbitrary position and width of the peak and (ii) a structure with two (narrow) peaks, caused by the genuine omega meson and a resonance-hole branch. The sum rules provide for case (i) a mass-width correlation and for case (ii) a correlation between the peak heights and the peak position of the omega branch. It is also analyzed how the obtained results depend on the size of the relevant four-quark operator evaluated with respect to a nucleon. Finally it is argued that a strict vector meson dominance scenario is not compatible with the sum rules.Comment: 14 page

Using computer simulations of a soft, coarse-grained model and a Lennard-Jones bead–spring model, we investigate the behavior of random block copolymer (RBCP) blends in the bulk and in the vicinity of a solid substrate. The RBCP is comprised of six random sequences of A and B blocks and adopts a microemulsion-like morphology as we increase the incompatibility between A and B segment species. The soft, coarse-grained model is used to efficiently equilibrate the morphology and molecular conformations in the melt, and its explicit molecular conformations are used to generate equilibrated starting configurations for the bead–spring model. Since the pure A and B melts are structurally asymmetric, A-rich and B-rich domains differ in their density and viscosity in the melt or mechanical properties in the glassy state, respectively. We demonstrate that the self-assembled morphology in the melt gives rise to a viscoelastic transient plateau in the stress autocorrelation function. While an analysis of the entanglement density reveals a slight increase of the number of entanglements in response to microphase separation, the viscoelasticity of the RBCP blend chiefly stems from the slow morphological relaxation and the transient trapping of blocks inside domains. Upon quenching the microphase-separated structure below the glass transition temperature, the shear modulus increases about an order of magnitude compared to the viscoelastic plateau. The structural asymmetry of the segment species gives rise to spatially heterogeneous, local bulk and shear moduli that correlate with local composition fluctuations. The vicinity of a solid substrate that prefers one segment species gives rise to variations of the composition that propagate about three molecular extensions into the bulk. In this extended interphase, we observe an oscillatory decay of the composition and the local mechanical properties.

Meine Diplomarbeit in Physik handelte von der Simulation von Atomkernen. Der Wechsel aus der Kern-und Hadronenphysik ein paar Größenordnungen in Raum und Zeit hinauf in das Gebiet der weichen Materie war ein großer Schritt, aber leichter zu bewältigen, als ich erst dachte. Der Dank dafür gebührt zuallererst Marcus Müller, der mich in seine Arbeitsgruppe aufnahm. Bei der Einarbeitung in das Gebiet der Polymerphysik und der Bearbeitung der Fragestellung dieser Doktorarbeit stand er mir mit Rat und Tat zur Seite. Das Wissen von Kostas Daoulas über Monte Carlo Simulationen von Polymerschmelzen war entscheidend dafür, dass ich mit der Arbeit zügig beginnen konnte. Als nächstes möchte ich mich bei meinen Zimmergenossen für die angenehme Arbeitsatmosphäre bedanken. Je remercie Fabien de m'aider à parler français et à effectuer les simulations de dynamique moléculaire. Nikita danke ich dafür, einfach Nikita zu sein. Allen anderen Gruppenmitgliedern danke ich für die schöne Zeit hier, die auch über das reine Arbeiten hinausging. Für die Zusammenarbeit im Rahmen der Simulation von Zufallsblockkopolymeren danke ich Grant Smith, Dmitry Bedrov und Keith Hambrecht von der University of Utah. Mein ganz besonderer Dank gebührt Martin Hömberg, für die Hilfe bei Fragen zu Algorithmen, zur Parallelprogrammierung, zur Nutzung der Rechenzentren und zu guter Letzt noch für das Korrekturlesen der Doktorarbeit. Die Simulationen wurden in den Rechenzentren der GWDG, des HLRN und des Jülich Supercomputing Centre durchgeführt. Das Projekt wurde von der DFG im Rahmen des SPP 1369 "Polymer-Solid Contacts: Interfaces and Interphases" finanziell gefördert. Meinen Eltern und meiner Schwester danke ich für ihr unerschütterliches Vertrauen. v Zusammenfassung Zufallsblockkopolymere sind Polymere, die aus zwei verschiedenen, zufällig aneinandergefügten Typen von Blöcken bestehen. Diese Blöcke enthalten jeweils nur eine Art Monomer und eine gegenseitige Abstoßung führt hierbei zur Domänenbildung. Wenn diese Domänen unterschiedliche mechanische Eigenschaften besitzen -eine ist härter, die andere weicher -lassen sich damit beispielsweise gummiartige Werkstoffe herstellen, die ohne ein chemisches Vernetzungsmittel auskommen. Weiterhin ist die von Zufallsblockkopolymeren ausgebildete Struktur interessant für Direktmethanolbrennstoffzellen, wo diese als Protonenaustauschmembranen verwendet werden. Am Kontakt zwischen Elektroden und Membran kann sich ein ausgedehntes Gebiet bilden, das sich in seinen Eigenschaften von denen der unmittelbaren Oberfläche (Kontaktfläche) und des Volumen unterscheidet: die Interphase. Wir verwenden für die Simulation der Polymerschmelzen zwei verschiedene vergröberte Modelle, eines mit weichen Wechselwirkungen und ein Lennard-Jones Kugel-Feder Modell. Im weichen Modell equilibriert die Schmelze schneller, während im Lennard-Jones Modell die Dynamik und die mechanischen Eigenschaften realistischer sind. Unser Ziel ist es, Parameter für diese Modelle zu finden, um die equilibrierten Strukturen des weichen Modells als Ausgangspu...